Comment fonctionne une cogénération ?

Ce mode de production peut permettre de s’inscrire dans la transition énergétique en tant qu’investissement énergétique durable.

Qu'est-ce que la cogénération ?

La cogénération est un procédé qui permet de produire simultanément de l'électricité et de la chaleur à partir d'une seule source d'énergie, généralement un combustible fossile, de la biomasse ou du gaz naturel. Ce système de production d'énergie est basé sur la récupération de la chaleur résiduelle produite lors de la génération d'électricité, qui est ensuite réutilisée pour des besoins thermiques.

Les différents types de cogénération

Il existe plusieurs types de cogénération, qui se distinguent par leur source d'énergie et leur technologie. Parmi les plus courants, on trouve :

• La cogénération à gaz : fonctionne à partir de gaz naturel ou de biogaz.
• La cogénération à vapeur : utilise de la vapeur d'eau pour produire de l'électricité et de la chaleur.
• La cogénération à biomasse : exploite la combustion de matières organiques (bois, déchets agricoles, etc.) pour générer de l'énergie.

Fonctionnement d'une installation de cogénération

1.  La production d'énergie thermique : La production d'énergie thermique dans une installation de cogénération consiste à alimenter l'installation avec un combustible, qui peut être du gaz naturel, de la biomasse, du biogaz ou un autre type de combustible en fonction des spécificités de l'installation. Ce combustible est ensuite brûlé dans une chambre de combustion pour libérer de l'énergie sous forme de chaleur.

2.  La production d'électricité : La chaleur dégagée par la combustion du combustible est utilisée pour chauffer de l'eau et la transformer en vapeur d'eau à haute pression. Cette vapeur est ensuite acheminée vers une turbine à vapeur. La force de la vapeur en mouvement entraîne la rotation de la turbine, qui est couplée à un alternateur électrique. La rotation de la turbine génère de l'électricité grâce à l’alternateur qui est ensuite distribuée sur le réseau électrique ou utilisée localement.

3.  La récupération de la chaleur : Après avoir traversé la turbine, la vapeur d'eau doit être refroidie et condensée pour être réutilisée dans le processus de production d'énergie. C'est ici que la cogénération se distingue des centrales électriques traditionnelles : la chaleur résiduelle, qui serait normalement perdue sous forme de chaleur inutilisée dans une centrale électrique classique, est récupérée grâce à un échangeur de chaleur.

4.  Utilisation de la chaleur récupérée : La chaleur récupérée grâce au récupérateur de chaleur peut être utilisée de diverses manières, en fonction des besoins spécifiques de l'installation et de son environnement. Parmi les utilisations possibles, on trouve

• Le chauffage de bâtiments, tels que des habitations, des bureaux, ou des installations industrielles.
• La production d'eau chaude sanitaire.
• Le chauffage de serres dans le secteur agricole.
• La production de froid grâce à des machines frigorifiques à absorption, pour des besoins de climatisation ou de réfrigération.

5.  Boucle fermée et réutilisation de l'eau : Après avoir été utilisée pour récupérer la chaleur, l'eau refroidie est renvoyée vers la chambre de combustion pour être réchauffée à nouveau et poursuivre son cycle. Ce processus en boucle fermée permet de maximiser l'efficacité énergétique de l'installation en réduisant les pertes d'énergie et en minimisant la consommation d'eau.

Schéma d'un système de cogénération

Les avantages et inconvénients de la cogénération

Avantages

• Efficacité énergétique : L'un des principaux avantages de la cogénération est son efficacité énergétique. En utilisant la chaleur résiduelle générée lors de la production d'électricité, la cogénération permet d'atteindre des rendements énergétiques supérieurs à ceux des centrales électriques conventionnelles, qui peuvent gaspiller jusqu'à 65 % de l'énergie sous forme de chaleur.
• Réduction des émissions de gaz à effet de serre : Grâce à son efficacité énergétique, la cogénération permet de réduire les émissions de gaz à effet de serre, en comparaison avec la production séparée d'électricité et de chaleur. En limitant les pertes d'énergie, la cogénération contribue ainsi à la lutte contre le réchauffement climatique.
• Indépendance énergétique : La cogénération offre également une plus grande indépendance énergétique, en permettant aux entreprises et aux collectivités de produire leur propre électricité et leur propre chaleur. Cela réduit la dépendance aux fournisseurs d'énergie et peut contribuer à la stabilité des coûts énergétiques.

Inconvénients

• Le coût initial d'investissement : la mise en place d'une installation de cogénération peut être coûteuse, bien que les économies d'énergie réalisées à long terme compensent généralement cet investissement.
• La complexité technique : la cogénération requiert une expertise technique pour son installation et sa maintenance, ce qui peut représenter un défi pour certaines organisations.
• La limitation géographique : la cogénération est plus efficace lorsque les besoins en électricité et en chaleur sont situés à proximité de l'installation, ce qui peut limiter son application à certains contextes.

Exemples d'application de la cogénération

Industrie

La cogénération est largement utilisée dans l'industrie, où les besoins en électricité et en chaleur sont souvent importants et simultanés. Les usines chimiques, les raffineries de pétrole et les papeteries sont quelques exemples d'industries qui tirent parti de la cogénération pour améliorer leur efficacité énergétique.

Collectivités territoriales

Les collectivités territoriales, telles que les communes et les départements, peuvent également bénéficier de la cogénération pour alimenter leurs bâtiments publics, leurs réseaux de chaleur et leurs installations sportives en électricité et en chaleur. Cela permet de réaliser des économies d'énergie et de réduire les émissions de gaz à effet de serre à l'échelle locale.

Agriculture

La cogénération peut également être utilisée dans le secteur agricole, notamment pour la production de biogaz à partir de déchets organiques. Ce biogaz peut être utilisé pour alimenter des installations de cogénération qui fourniront de l'électricité et de la chaleur pour les besoins de l'exploitation agricole, tels que le chauffage des serres ou la production d'eau chaude.